日亚倒装产品、台积电倒装模组和倒装LED解析

   2014-12-19 帮你挑灯珠邓玉仓11880
核心提示:倒装真的是未来吗?在传统半导体上,倒装产品的出现的确是引导了异常封装器件扁平化的革命,但,到今天为止仍然有正装的IC产品在市场流通。LED行业其实没有必要为倒装疯狂,倒装LED只是其中的一种技术路线而已。
 日亚倒装产品
今年日亚最大的新闻不在于推广了什么产品,而在于曾经的日亚雇员中村修二教授获得了2014年度的诺贝尔物理学奖。由一个很小的公司,到LED行业的领导者,日亚有中村这样的雇员无疑是幸运的。他带给日亚具有核心技术的蓝光LED技术,让其在行业发展中占到了主导作用。
技术路线:以蓝宝石衬底正装芯片、小功率为主。由多颗小功率产品做成中功率、大功率。
产品路线:世界上首个将EMC材料添加到封装支架内的企业。从之前的157系列的3014封装,日亚就在内部封了2颗小芯片串联,做到6V。同时期的3014产品最高只是驱动到30mA,0.1W,而日亚的产品已经可以实现0.5W的驱动功率了。现在各个大厂都在推广大角度的倒装CSP产品,日亚也于今年开始推广T02A系列产品,虽然不是CSP,但里面采用的是倒装芯片,封装形式也是大角度出光类似CSP的方式。我们来揭开日亚T02A的面纱。
日亚官方宣传的数据:产品尺寸:1.2mm*0.7mm ;规格参数: 0.2W、3V、22lm@60mA,实际测试如何?
1nichia t02a
拖过实际测试数据发现,官方宣传的数据是真实的。那到底采用的是正装芯片还是倒装芯片呢?
2日亚倒装产品
通过侧面图看,其封装是在一块平面的BT板上固定芯片,模封荧光胶。
3日亚倒装产品
剥开荧光胶层,裸露在外面的是没有金线的倒装芯片,通过测量尺寸发现其芯片大小约:12*30mil,国内这个尺寸的芯片有的企业都推荐客户使用120mA,日亚的官方只是推荐使用60mA,可见日亚对倒装芯片的使用还是比较保守了。如果是正装的芯片,这个尺寸日亚的水平应该可以做到150mA,还能保证同样的光效输出。
倒装芯片的固晶方式一直是国内讨论的重点,有些企业推荐使用锡膏,有些企业推荐使用银胶,还有些企业在芯片焊盘上进行金属处理,通过共晶的方式焊接。如果从焊接牢固程度上来说,共晶是最好。锡膏其次,银胶最差。那我们看看日亚的这个倒装产品是如何好基板进行焊接的?将T02A放置在加热台上,升温260°,芯片被取下了。
4日亚倒装产品
基板上留下了上面这个图。通过这个图发现,首先不是银胶,其次不是共晶,是锡膏吗?应该是锡球焊接。将微小的锡球放置在固定的位置,通过加热能起到焊接作用,这在传统半导体焊接上已经是很成熟的供应了。可以避免由于使用锡膏而产生的助焊剂挥发,比银胶焊接更牢固,锡球在高温状态上可以和上下界面形成金属键之间的连接。
    日亚推荐这款产品的使用场合为:大角度的球泡灯和管灯。通过0.2W左右的LED,的确能形成很好排布来实现大角度的球泡灯和管灯的大角度光源类产品。只是由于本身的产品光效不高,会在高光效要求的产品上使用受到限制。日亚在这款产品的定位上延续了他们的以中小功率为设计主线的思路,只是使用这么大的芯片,建议60mA的电流,是日亚对倒装的不信任吗?相比各大网站上宣传倒装高光效的特点,日亚的倒装为什么没有实现高光效呢?原因还有待于同行业者共同的讨论。

TSMC倒装模组
作为传统半导体制造的龙头企业--台积电,在开拓LED市场的道路上并不顺畅。从之前的采钰到现在的TSMC,从大功率的LED到现在的倒装模组PoD产品,从品牌推广上来看,都不是很成功。
现在市场陆续收到了一些PoD产品的反馈,每个企业都有自己的想法和意见,并不能统一使用生产企业的模组产品。也正是这一原因,从而造成了目前主推模组的企业销量并不好。虽然PoD模组产品的市场推广情况并不好,但TSMC所推出的产品有很多可以借鉴的地方,值得我们向传统半导体的老大学习。
TSMC倒装模组
  这一款模组采用了通用的六角形基板设计,能符合大部分照明企业的使用习惯。采用4颗倒装产品串联,工作电压12V,推荐使用额定电流为500mA,最大使用电流为700mA。但,通过其光电参数来看400mA时已经不具备很高的光效,再高电流情况下风险会很高。
由于其使用的是倒装芯片,电压波动性比正装芯片要好很多。
3倒装芯片
其规格书中所标明的热阻为2.3°/W,相对正装产品热阻还是偏低的。规格书中标明的抗静电能力ESD为人体模式2000V,相对比较低,可能在使用类似倒装产品模组要特别注意静电防护的问题。
对于这样的倒装模组,TSMC推广模组的原因之一是如果在市场上推广单颗,客户在贴片端不好操作。那我们来看看贴片到底是怎样的?
4TSMC模组
通过模组的侧边观察,该颗倒装产品没有基板,是标准的CSP封装模式,通过测量几颗正面的尺寸,发现形状很规则。对应TSMC这样一个传统的半导体企业,进行CSP类的封装是其优势所在(正如国内的长电科技宣称,研发出CSP的LED封装器件。这非常正常,传统半导体本身就有CSP封装器件)。
5CSP封装器件
通过将器件取下,发现该CSP灯珠焊盘呈双E形,焊盘吃锡良好,这充分说明了台积电在焊盘材料上所下的功夫很多。荧光粉包覆均匀,这避免了侧边漏蓝光的现象,这种封装工艺值得我们所有LED企业学习。其芯片面积约为45*45mil,如果按照其规格书中推荐的500mA,可能还是偏高了一些。这样一款模组原本定义为在MR116或GU10产品上使用,其基板上也设置了对应的透镜定位座,通过使用其推荐的透镜,光斑效果也是OK。只是整体的光通量不够,倒装产品仍然需要更大的提高和努力。MR16产品替代传统的金卤灯,对光通量、发光角度和照度都有明确的要求,是目前附加值比较高的产品。
模组的推广所遇到的问题类似于COB产品遇到的问题一样,每个照明企业都希望有自己的规格,这导致器件供应商规格过多,不统一不利于产品推广和互换性。虽然Zhaga推广标准模组好几年了,但效果还是不太明显。对于灯具来说,有很多规格、形状各异的产品出现,必然要求对应的光源有很多种。倒装产品到底要做成模组还是单颗分立器件,还需要经过市场的验证。
倒装CSP的贴片问题确实存在,其表面硅胶偏软的特性会造成贴片机吸嘴吸附力受影响。最大的问题还在于性价比和通用性。COB现在规格越来越少,越来越趋向于统一,希望倒装的模组也能越来越统一。但是,更希望LED行业有很多的小而美的企业存在。

台积电倒装LED
在模组推广看不到前途和光明后,台积电积极调整,推出一款倒装芯片制作的TP1E,这一款产品能给我们带来哪些看点?又有哪些特性注定了它的命运?
从外观上看,这是一款随大流的产品,1.6mm*1.6mm的尺寸,基板采用陶瓷,荧光粉直接涂覆。和市场上流通的产品没有多大差别。我们先看看官方的介绍。
11台积电倒装LED
从官方的介绍上可以看出,具有150°的发光角度,能在更小尺寸上实现更高的光输出,这是台积电给出的应用场合和特点。如果从灯具的应用上来看,大功率的射灯对光源的要求符合以上要求。更小的尺寸,对光学设计来说的确更具有优势,但这么大的角度光通量还是比较难于收集。
有幸拿到样品,看看实际的测试数据:
12台积电倒装LED
实际测试环境温度25°C,和官方给出的数据稍微有点偏下。通过电压的波动来看,随着电流的增加电压变化很小,这一特性和固晶工艺有非常大的影响。这款倒装芯片采用什么方式来进行固晶的呢?只有打开才知道。先还是看细致的外观图:
13台积电倒装LED
侧边的直角边稍微有点缺失。从台积电的模组到这个单颗产品发行,其封装工艺可能为采用类似胶带的荧光胶整个平面覆盖,烘烤后再进行切割而成,其工艺精度由切割机器的精度控制。
14台积电倒装LED
从侧边看,荧光粉厚度比较厚,各侧的线条很平整。再次验证了其外形是由切割所形成。
15台积电倒装LED
底部焊盘上的设计有缺口,为负极方向的标示。陶瓷基板采用的可能是通孔填埋技术进行电性能的导通。
16台积电倒装LED
通过暴力的手段玻璃上面的荧光粉,裸露出倒装芯片的样子。在芯片底部未见到银胶或锡膏的形状,初步推断采用共晶焊接。
17台积电倒装LED
通过芯片侧边观察,焊接层非常薄,没有溢出物质的状况。再将芯片从支架上推下,其阻力很大,预计初步估计接近700~1000左右的力才将芯片推下。确认为共晶焊接工艺,共晶的技术也是传统半导体的优势所在。这款产品相比正装产品来说,品质稳定性可能更高一些,没有金线、共晶焊接不容易开路。光通量的提升还是当务之急,光色的品质稳定性需要长期的验证才能看出。希望传统半导体的老大,能在LED照明领域结合自身的优势做出更好的产品。
对应CSP的封装产品,分析了三星、日亚、台积电等企业的产品,共同点是光通量都不高,这导致性价比不高。CSP可以在更高的光色品质上做文章,将产品重点放在汽车照明、商业照明、舞台灯光或者投影机光源上可能更有机会。不是所有的产品都应该满足通用市场需求的,也完全没有必要。找到不同,进行细分,利润自然很高。
 
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